CN107850405B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器(1)，该热交换器具有第一介质可以流过的第一部(3)和第二介质可以流过的第二部(5)，其中在运转期间，所述第一介质和所述第二介质之间发生热交换，其中所述第一部(3)具有入口室(7)和与所述入口室连接的第一管(9)，以及出口室(13)和与所述出口室(13)连接的第二管(15)，其中所述第一管(9)在远离所述入口室(7)的末端(9a)处是各自封闭的，并且其中每个所述第二管(15)至少部分地设置在一个所述第一管(9)内，并且所述第二管(15)的远离所述出口室(13)的末端(15a)向各自的所述第一管(9)的内部敞开，其中所述第二部(5)具有入口装置(19)和出口装置(21)，其中所述入口装置(19)通向热交换器室(27)，所述热交换器室(27)至少部分地围绕所述第一部(3)的所述第一管(9)，并且其中所述热交换器室(27)与所述出口装置(21)相连。根据本发明，所述入口装置(19)具有用于切断进入所述热交换器室(27)的所述第二介质的流体流的切断装置(41)，并且旁路装置(37)连接所述入口装置(19)和所述出口装置(21)以引导所述第二介质的所述流体流至少部分地避开所述热交换器室，其中，在所述第二介质的流动方向上所述切断装置(41)设置在所述旁路装置(37)的下游。

Description

热交换器

本发明涉及一种热交换器。所述热交换器包括第一介质可以流过的第一部和第二介质可以流过的第二部，其中，在运转期间，所述第一介质和所述第二介质之间发生热交换，其中所述第一部包括入口室和与所述入口室连接的多个第一管，以及出口室和与所述出口室连接的多个第二管，其中各所述第一管在远离所述入口室的末端处是封闭的，并且其中每个所述第二管至少部分地设置在一个所述第一管内，并且每个所述第二管的远离所述出口室的末端通向各自对应的所述第一管的内部，其中所述第二部包括入口装置和出口装置，其中所述入口装置通向热交换器室并且所述热交换器室至少部分地围绕所述第一部的所述第一管，并且其中所述热交换器室与所述出口装置相连。

为了将热能从一种处理介质传递到第二种处理介质，使用热交换器。在回热式热交换器中，每种介质具有与另一种介质分隔的空间。

热交换器的广泛设计包括所谓的管束式热交换器，其中介质通过成束排列的多个平行管传导。第二介质通过围绕管束的腔室传导。

根据特别的设计，管束由一侧封闭的多个管形成。这些管具有插入它们中的第二管，第二管通向第一管的封闭端。从专利文献US 2010/0254891 A1中可了解这种类型的设计。为了提高连接的便利性，内管经常从内管横向引出，因此，这种设计通常被称为卡口式热交换器。

这种设计提供的优点是，大部分回流到内管中的介质将一部分热能传递到在外部流动的介质，因此将有助于加热流入的冷却介质。

然而，在这种类型的热交换器中，在实现有利的控制时会遇到问题，并且当系统必须紧急关闭时(例如，当待加热的介质暴露于过高的温度时)会发生进一步的问题。

因此，本发明的一个目的是提供一种起初所提及的类型的热交换器，其中可以以有利的方式切断热传递。此外，优选地，热交换器的有利控制应当是可能的。

本发明由以下特征限定：

一种热交换器，所述热交换器包括第一介质可以流过的第一部和第二介质可以流过的第二部，其中，在运转期间，所述第一介质和所述第二介质之间发生热交换，其中所述第一部包括入口室和与所述入口室连接的多个第一管，以及出口室和与所述出口室连接的多个第二管，其中各所述第一管在远离所述入口室的末端处是封闭的，并且其中每个所述第二管至少部分地设置在一个所述第一管内，并且每个所述第二管的远离所述出口室的末端通向各自对应的所述第一管的内部，其中所述第二部包括入口装置和出口装置，其中所述入口装置通向热交换器室并且所述热交换器室至少部分地围绕所述第一部的所述第一管，并且其中所述热交换器室与所述出口装置相连，其特征在于，所述入口装置包括用于切断进入所述热交换器室的所述第二介质的流体流的切断装置，且旁路装置连接所述入口装置与所述出口装置以引导所述第二介质的所述流体流至少部分地避开所述热交换器室，其中，在所述第二介质的流动方向上，所述切断装置设置在所述旁路装置的下游。

在根据本发明的热交换器中，包括第一介质可以流过的第一部和第二介质可以流过的第二部，其中在运转期间在第一介质与第二介质之间发生热交换，第一部包括入口室和与入口室连接的多个第一管，以及出口室和与出口室连接的多个第二管。各第一管的远离入口室的末端是封闭的，并且每个第二管至少部分地设置在一个第一管内。每个第二管的远离出口室的末端通向各自对应的第一管的内部。第二部包括入口装置和出口装置，其中入口装置通向热交换器室。热交换器室至少部分地围绕第一部的第一管。而且，热交换器室与出口装置连接。本发明的特征在于，入口装置包括用于切断进入热交换器室的第二介质的流体流的切断装置，并且旁路装置以引导第二介质的流体流至少部分地避开所述热交换器室的方式连接入口装置与出口装置，其中当沿第二介质的流动方向观察时，切断装置设置在旁路装置的下游。

因此，借助处于切断位置的切断装置，可以有利的方式阻止经由入口装置流入的第二介质进入热交换器室。借助于旁路装置，第二介质可以被直接引导到出口装置。在切断装置的切断状态下，没有流体流通过热交换器室。因此，借助于切断装置，快速切断第一介质和第二介质之间的热传递是可能的，而由于第二介质可以通过旁路装置被排出，可以同时防止在切断装置处可能产生过高的压力。

第一部的第一管优选平行并且成束地设置。

优选地，旁路装置包括用于控制第二介质的流体流通过旁路装置的控制装置。控制装置可以被实现为例如旋转驱动的阀瓣。这种阀瓣具有这样的优点：用于使阀瓣运转的驱动轴可以以有利的方式密封。这使得在切断装置的打开状态下能够选择第二介质的特定部分是否将被引导通过旁路装置，这通过在借助控制装置设定旁路装置中的压力损失来执行。因此，可以以有利的方式控制进入热交换器室并相应地影响与第一介质的热交换的第二介质的量。

优选地，提供的是，切断装置具有控制功能。这样，通过切断装置也可以控制将进入热交换器室的第二介质的量。在旁路装置不具有控制装置的实施方式中，所述具有控制功能的切断装置也可以用于设定第二介质的一部分将被引导通过旁路装置并由此经过热交换器室。

旁路装置和切断装置通常彼此分别地形成并且可彼此独立地运作。这允许实现特别灵活的使用和有利的控制，因为在整个运转范围内存在确定的控制曲线。切断装置可以包括例如以旋转方式运作的并设置用于控制通流的阀瓣。

优选地，提供的是，热交换器室由细长的管形成。这使得通过使用简单的结构能够提供容纳第一管的管束的热交换器室。

优选地，本文提供的是，套管围绕热交换器室的细长的管并且出口装置通向套管，其中，在远离入口装置的一侧，细长的管与套管和细长的管之间形成的间隙空间连通。换句话说，在细长的管的末端，流过热交换器室的第二介质将向外流入套管和细长的管之间形成的环形间隙中，并且在外面将在朝向出口装置的方向上沿细长的管流回。这样，可以实现例如出口装置和入口装置彼此相对紧密地设置，使得用于第二介质的进给管和排出管可以非常接近地被设置，这通常具有结构上的优点。

优选地，热交换器包括容纳有入口室、出口室和热交换器室的壳体。换句话说：热交换器包括形成第一部和第二部的多个设备中至少一部分的公共壳体。

可以提供的是，壳体形成套管。

热交换器可以例如具有细长的构造，其中入口室例如被壳体的壁包围。出口室可以例如被插入入口室。例如，出口室可通过壳体分隔壁与热交换器室和套管分离，所述壳体分隔壁具有穿过它的第一管和第二管。已证明这样的设计是特别有利的。

可以提供的是，入口室和出口室设置在壳体的第一末端部中。应理解第一末端部是例如沿壳体长度的10-20％延伸的壳体的一部分。

入口装置和出口装置可以设置在壳体的第二末端部上。第二末端部也可以沿着壳体长度的10％-20％延伸。

热交换器室可以设置在壳体的中部。壳体的中部设置在第一末端部和第二末端部之间。

优选地，提供的是，入口装置包括入口管连接器，出口装置包括出口管连接器，所述连接器设置在水平面内。换句话说，入口管连接器和出口管连接器的中心轴设置在一个平面中。入口管连接器和出口管连接器可以例如同轴地或者彼此偏转90°设置。

这样的设置是特别有利的，因为通向热交换器和离开热交换器的引导第二介质的导管也可以彼此同轴地设置。因此，本发明的热交换器适合于例如插入到第二介质的现有导管中且无需大的技术支出。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，提供的是，出口装置包括第二出口室，其中入口装置穿过第二出口室，并且其中旁路装置包括从入口装置延伸到第二出口室的旁路管连接器。第二出口室可以由例如壳体的第二末端部形成。

入口装置和出口装置的这种设计可以在结构方面以特别简单的方式实现。

优选地，提供的是，出口管连接器通向第二出口室。

在本发明的热交换器中，切断装置以及旁路装置的控制装置可以被设计为例如阀瓣。当然，也可以使用其他种类的控制构件。

根据本发明的优选实施方式，提供的是，每个第二管被设计为包括内管和外管的双壁管，其中内管和外管在远离出口室的末端或靠近出口室的末端彼此连接。因此，实现进入入口室的介质将积聚在内管和外管之间形成的环形间隙中。第二管的外管作为将被加热的介质的热辐射的辐射屏蔽是有效的。此外，存在于外管与内管之间的环形间隙中的介质可以实现隔热效果。

优选地，提供的是，在热交换器室中设置有用于偏转第二介质的流动的流偏转元件。在热交换器室中设置流偏转元件可以有利地提供第二介质的强制引导。由此，可以增强热交换器室中的热交换。通过第二介质的强制引导，还可以减小第二介质在通过热交换器室期间的压力的损失量。

本发明的热交换器可以通过气体、蒸汽和液体以任何所需的组合来运转，并且可以例如作为气体-气体热交换器或气体-液体热交换器使用。此外，在气态介质和液压介质之间可能发生热交换。介质1可以是例如烟雾，介质2可以是液压介质例如水。此外，存在介质1是液压介质诸如例如水且介质2是烟雾的可能性。在本发明的热交换器中，介质1可以是用于被加热的介质，介质2可以是用于被冷却的介质，或者相反，介质2可以是用于被加热的介质，介质1可以是用于被冷却的介质。

下面将参照附图更详细地解释本发明。

在附图中：

图1是根据本发明的热交换器的示意性剖视图，

图2是图1中所示的热交换器的壳体的第一末端部的示意性细节图，

图3是图1所示的热交换器的壳体的第二末端部的示意性细节图。

在图1-3中，根据本发明的热交换器1在剖视图中示意性地示出。

热交换器1包括适于第一介质的通流的第一部3和适于第二介质通流的第二部5。

在热交换器1的运转中，在第一介质和第二介质之间发生热交换。

热交换器1的第一部3包括入口室7和与入口室连接的第一管9。通过管连接器11，第一介质可被导入入口室7中。在远离入口室7的末端9a上，管9是封闭的。第一管9彼此平行并且设置成管束。

此外，第一部3包括与另外的管连接器11连接的出口室13，第一介质可以通过该管连接器从热交换器1中排出。

出口室13设置在入口室7中并且与多个第二管15连接。每个第二管15部分地设置在一个第一管9内。换句话说：第二管15被插入到第一管9中。每个第二管15的远离出口室13的末端15a通向各自第一管9的内部。

通过管连接器11，流经第一部3的第一介质将进入入口室7。从那里，介质将流入第一管9和每个第二管15之间形成的环形间隙17中，直到到达每个管9的远离入口室7的末端9a。由于第一管9在此末端是封闭的，所以第一介质将流入第二管15中并且在出口室13的方向上流动。在后者中，流回的第一介质将被收集并通过与出口室13连接的管连接器11被排出。

在所示的示例性实施方式中，第二管15被配置为双壁管并且包括内管15b和外管15c。形成在内管15b和外管15c之间的环形间隙15d向入口室7敞开。在第二管15的远离出口室13的末端15a上，内管15b与外管15c连接，使得环形间隙15d在这末端封闭。第二管15的这种构造一方面充当内管15b的辐射屏障，而另一方面，流入入口室7的第一介质将进入内管15b与外管15c之间的环形间隙，并将停留在那里。这一介质提供了额外的保护性隔热效果。由此，热传递可以变得均匀。

本发明的热交换器1的第二部5包括入口装置19和出口装置21。入口装置19包括入口管连接器23，第二介质经由入口管连接器23供应给热交换器1。出口装置21包括出口管连接器25，第二介质经由出口管连接器25可以流出热交换器。在附图所示的示例性实施方式中，入口管连接器23和出口管连接器25相对于彼此同轴地设置。

入口装置19通向围绕第一部3的第一管9的热交换器室27。细长的管27a围绕热交换器室27。第二介质将通过入口装置19流入热交换器室27，由此围绕第一管9。因此在第一管9的表面上产生热传递表面，通过该热传递表面可以在第一介质与第二介质之间进行热交换。

在热交换器室27中形成将影响第二介质的流动方向的偏转的流偏转元件28。这样，热交换被增强。流偏转元件28可以设计成环形或盘形元件的形式。流偏转元件28可以是板，例如，偏转板或螺旋形偏转元件。通过设置流偏转元件28，第二介质的流动方向通过第二介质的强制引导而改变。此外，当流过热交换器室27时第二介质的压力损失量减小。

在远离入口装置19的热交换器室27的末端，细长的管27a是敞开的。套管29围绕细长的管27a，从而在细长的管27a和套管29之间形成间隙空间31。所述间隙空间31合入第二出口室33中，该第二出口室为出口装置21的一部分且通向出口管连接器25。在套管29的远离出口装置21的末端处，套管29与壳体分隔壁35连接，壳体分隔壁35被第一管9穿过。壳体分隔壁35在远离出口装置21的末端封闭热交换器室27和间隙空间31。因此，流过热交换器室27的第二介质将通过壳体分隔壁35被偏转进入间隙空间31并且将流过间隙空间31进入第二出口室33。

旁路装置37从入口装置19通向出口装置21。在该设置中，旁路管连接器39与入口装置19连接并延伸到第二出口室33中。因此，流过入口装置19的第二介质可以因此被引导避开热交换器室27并直接流到出口装置21。

此外，附图中所示的示例性实施方式中的旁路装置37包括控制装置43。通过控制装置43，可以控制旁路装置37处的压力损失。这允许以特别有利的方式控制第二介质流过热交换器室27和旁路装置37的流动。由此，使以有利的方式控制出口装置21处的第二介质的混合温度成为可能。

入口装置19包括切断装置41，当沿第二介质的流动方向观察时，切断装置41设置在入口装置19内旁路装置37的下游。借助于所述切断装置，进入热交换器室27的第二介质的流体流动可以被切断。因此，在切断装置41的锁紧位置，第二介质将完全流过旁路装置37进入出口装置21。切断装置41使得可以执行紧急切断，从而保护热交换器室27内的部件。

切断装置41还可以具有控制功能以实现第二介质的一部分将流入热交换器室27并且一部分将流过旁路装置37。这样，可以以有利的方式控制热交换器1。因此，切断装置41可以执行切断功能和控制功能，其中，在一些实施例中，控制装置43也可以被省略。

切断装置41和控制装置43可以被设计成例如可控阀瓣。例如，切断装置41和控制装置43可以包括旋转驱动的阀瓣，旋转驱动的阀瓣可有效地根据其位置限制通流。切断装置41和旁路装置37通常彼此分离地被设置并被独立设计。

热交换器1包括容纳入口室7、出口室13、热交换器室27、间隙空间31和第二出口室33的壳体45。在这种设置中，壳体45形成套管29和壳体分隔壁35。

入口室和出口室设置在壳体的第一末端部45a中。该末端部可以例如沿着整个壳体45的长度的10-20％延伸。

入口装置19和出口装置21设置在壳体的第二末端45b上。如所描述的那样，入口装置19和出口装置21的部分在该壳体部分中结合。壳体45的第二末端45b也沿着壳体45的长度的约10-20％延伸。

在第一末端部45a和第二末端部45b之间形成的中间部45c容纳热交换器室27并形成间隙空间31。

Claims (15)

1.一种热交换器，所述热交换器包括第一介质可以流过的第一部和第二介质可以流过的第二部，其中，在运转期间，所述第一介质和所述第二介质之间发生热交换，

-其中所述第一部包括入口室和与所述入口室连接的多个第一管，以及出口室和与所述出口室连接的多个第二管，

-其中各所述第一管在远离所述入口室的末端处是封闭的，并且

-其中每个所述第二管至少部分地设置在一个所述第一管内，并且每个所述第二管的远离所述出口室的末端通向各自对应的所述第一管的内部，

-其中所述第二部包括入口装置和出口装置，

-其中所述入口装置通向热交换器室并且所述热交换器室至少部分地围绕所述第一部的所述第一管，

-并且其中所述热交换器室与所述出口装置相连，

其特征在于，

所述入口装置包括用于切断进入所述热交换器室的所述第二介质的流体流的切断装置，且

旁路装置连接所述入口装置与所述出口装置以引导所述第二介质的所述流体流至少部分地避开所述热交换器室，

其中，在所述第二介质的流动方向上，所述切断装置设置在所述旁路装置的下游。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述旁路装置包括用于控制所述第二介质的流体流通过所述旁路装置的控制装置。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述切断装置具有控制功能。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器室由细长的管形成。

5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，

套管围绕所述热交换器室的所述细长的管，且

所述套管通向所述出口装置，

其中，所述细长的管在远离所述入口装置的一侧通向所述套管与所述细长的管之间形成的间隙空间。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于包括容纳有所述入口室、所述出口室和所述热交换器室的壳体。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述壳体形成所述套管。

8.根据权利要求6或7所述的热交换器，其特征在于，所述入口室和所述出口室设置在所述壳体的第一末端部中。

9.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述入口装置和所述出口装置设置在所述壳体的第二末端部。

10.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器室设置在所述壳体的中间部。

11.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述入口装置包括入口管连接器，

所述出口装置包括出口管连接器，

其中，所述入口管连接器和所述出口管连接器彼此同轴设置，或者所述入口管连接器和所述出口管连接器的轴设置在一水平面中。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述出口装置包括第二出口室，

其中，所述入口装置穿过所述第二出口室并且

其中，所述旁路装置包括从所述入口装置延伸到所述第二出口室的旁路管连接器。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述出口管连接器通向所述第二出口室。

14.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

每个所述第二管被设计为包括内管和外管的双壁管，

其中，所述内管和所述外管在远离所述出口室的所述末端或靠近所述出口室的末端彼此连接。

15.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在所述热交换器室中设置有用于使所述第二介质的流转向的流偏转元件。